الميكانيك الحيوية ...

الحركة الانتقالية

يحدث هذا النوع من الحركة عندما ينتقل الجسم بكامل أجزائه من مكان لأخر بحيث ترسم الأجزاء المكونة لذلك الجسم مسارات متوازية مع بعضها في أي لحظة من لحظات حدوث الحركة وتقطع مسافات متساوية أثناء حدوثها , وقد تكون هذه المسارات متوازية مع بعضها بشكل أفقي كما في حركة التزحلق على الجليد أو بشكل منحني كما يحدث في الهبوط بالمظلات.

- و يمكن الاستدلال عليها عندما تتحرك جميع نقاط الجسم نفس المسافة وفي نفس الاتجاه و بنفس الزمن المستغرق عادة ما تسمى هذه الحركة بالحركة الخطية ويمكن حدوث هذا الانطلاق بطريقتين تتمثلان:

الحركة الانتقالية المستقيمة

تتمثل في حركة جميع أجزاء الجسم في نفس الاتجاه على خط مستقيم ومن الأمثلة هذه الحركة:

حركة التسديد في كرة اليد من الثبات ، حركة الكرة في خط مستقيم.

حركة الانزلاق على الجليد.

حركة كرة البولينغ . الركض في ألعاب الساحة و الميدان ...

أحد أنواع الحركات الانتقالية المستقيمة

الحركات الانتقالية المنحنية

وهى الحركات التي تتم في الزاوية:أثناء انتقال الجسم وهى تختلف عن الحركة الدائرية حيث إن الحركة الدائرية يكون محور دورانها داخل أو خارج الجسم ؛ أما الحركة الانتقالية المنحنية فيكون محور دورانها خارج الجسم والحركة الانتقالية المنحنية هي حركة انتقالية ولكن في خط منحنى و مثال ذلك :

حركة الرمي في الجلة هي حركة في خط منحني (حركة الجلة)

حركة اللاعب في القفز الطويل .

حركة رجل المظلات بالنسبة للجذع.

أحد أنواع الحركات الانتقالية المنحنية

الحركة الدائرية

تعرف الحركة الدائرية على أنها حركة الجسم على محيط دائرة ، بحيث يقطع أقواسا تقابلها زوايا .

و يحدث هذا النوع من الحركة عندما تدور النقطة أو الجسم حول محور ثابت و تسمى غالبا الحركة الدورانية

 angular motion ، و قد يكون محور الدوران خارج الجسم ، كما هو الحال في جميع المهارات العقلة مثلا ، وقد يكون داخله كدوران الأطراف حول مفصلها .

الحركة الدائرية المنتظمة

تحصل هذه الحركة عندما يقطع الجسم أقواس متساوية في أزمنة متساوية ويتحقق ذلك إذا كان نصف قطر الدوران ثابت والانطلاق ثابت . وحتى يتحرك جسم حركة دائرية منتظمة، يستلزم ذلك التأثير فيه بقوة ثابتة المقدار، وباتجاه متعامد مع اتجاه حركة الجسم؛ أي باتجاه مركز الدائرة التي يدور فيها الجسم.

الحركة الدائرية الغير منتظمة

وتحصل هذه الحركة عندما يقطع الجسم أقواس غير متساوية في أزمنة متساوية ويتحقق ذلك إذا كان نصف قطر الدوران غير ثابت أو الانطلاق غير ثابت أو كليهما غير ثابت . ويكون للجسم تعجيل مركزي وتعجيل مماسي وعزم القوة هو الذي يسبب الحركة الدورانية.

أنواع الحركات الدائرية للجسم  حول محور داخلي( دوران الساق)و حول محور خارجي (دوران الجسم حول العمود الثابت)

تتشابه معادلات تفسير الحركة الدائرية و الحركة الانتقالية ، فعندما يتحرك جسم ما في حركة دورانية يلاحظ أن جميع النقاط الواقعة على هذا الجسم تتحرك حركة ترسم مساراتها أقواس مختلفة الأطوال باختلاف موقع النقطة بالنسبة إلى المحور ،إلا أن هذه النقط جميعها تحقق إزاحة زاوية واحدة . 

المقصود بالإزاحة الزاوية Angular Déplacement

  مقدار الزاوية التي يتحركها الجسم كله من نقطة الأصل إلى الوضع النهائي ، وتقاس الإزاحة بالدرجات فنقول إن الجسم أزيح إزاحة زاوية مقدارها °25، إلا أن هذا النوع من القياس لا يعني الكثير في مجال الحركة الزاوية من الناحية التطبيقية. ويستخدم قياس أطوال الأقواس في حساب هذه الحركة، والعلاقة بين طول القوس بطول نصف قطر الدوران مهمة في حساب الحركة الزاوية، ويشير هورخموث إلى أن محور الدوران لا يتغير من حيث الوضع باختلاف نقطة الملاحظة النسبية ، أما باقي نقاط الجسم فإنها ترسم دوائر متداخلة حول المحور. و بشكل عام ترجع أسباب الحركة دائما إلى تتابع الحركة الانتقالية و حركة الدوران حول المحور.ومعنى ذلك أن الجسم يدور حول المحور ، بينما يتقدم المحور في مسار معين إلى الأمام مثل حركة الغطس .

متغيرات الحركة الدورانية

الإزاحة الزاوية

    يتكون الجهاز الحركي من مجموعة من الروافع , والتي تتميز بأطراف متماسكة تدور حول محاور المفاصل , وعندما تقع تحت تأثير قوة ، وتسمى الحركة الناتجة في هذه الحالة بالحركة الدورانية أو الزاوية ، وفي محاولة لاستخدام نفس وحدات الحركة الانتقالية للإشارة إلى متغيرات الحركة الدورانية سوف نلاحظ أن هناك بعض الاختلافات ، فعندما يتحرك الجسم أو الطرف في مسار منحني تختلف الإزاحات الخطية لأجزائه ، فالأجزاء الأقرب إلى محور الدوران تزاح لمسافات محدودة جداً بمقارنتها بالأجزاء الأبعد عن المحور.

مثال:

في حركة الذراع من الوضع الجانبي إلى الوضع الأمامي تتحرك اليد مسافات كبيرة جداً بمقارنتها بالمسافات التي يتحركها المرفق أو أعلى العضد . كما أنه في حالة استخدام مضرب التنس في أي مهارة من مهارات هذه الرياضة يتحرك طرف المضرب أضعاف ما يتحركه المرفق من إزاحة .

و يحتاج تفسير الحركة الدورانية إلى استخدام وحدات دوران ، وهذه الوحدات لها علاقة كبيرة بوحدات قياس الدائرة ، والتي تنطلق من الحقيقة القائلة أن محيط الدائرة  (C) يساوي

 (2ط نق ) (2 x π x r)   حيث ط π )  ) هي مقدار ثابت قيمته 3,1416

حيث أن (r) هي طول نصف قطر الدائرة .

محيط الدّائرة=2×نصف القطر×π
 أو محيط الدّائرة=القطر×π

الطريقة المعتمدة رياضيا في حساب مقادير الحركات الدورانية

وهناك ثلاثة وحدات تتداخل لحساب الإزاحة الزاوية هي :

 الدرجة ، اللفة أو الدورة و نصف القطر .

فالوحدة النصف قطرية تعادل 57.3 درجة بالتقدير الستيني , واللفة الكاملة أو الدورة الكاملة يمكن تحديدها أو التعرف عليها من خلال نماذج توضح ذلك كأن نقول أن لاعب الغطس أدى دورة ونصف هوائية مكورة أو دورتين ونصف منحنية وبالتالي فالدورة أو اللفة الكاملة تعادل 360 درجة بالتقدير الستيني , أو 2 ط زاوية نصف قطرية.

¨    السرعة الزاوية

يسمى معدل الإزاحة الزاوية أو الدورانية بالسرعة الزاوية أو الدورانية ويرمز له بالرمز (ω )،والسرعة الزاوية هي مقدار الزاوية التي يتحركها نصف القطر مقسوماً على الزمن المستغرق، .وتستخدم وحدات ( درجة / ثا ) لتمييز السرعة الزاوية , أو وحدات( الدرجة النصف قطرية / ثا) . والتي تتأثر مقاديرها بالعوامل التالية : مقدار القوة، اتجاه القوة، ذراع القوة.

   إن ذراع القوة هو المسافة العمودية بين محور الدوران وأي نقطة تأثير قوة، حيث أن التغير في السرعة الزاوية المتجهة يعتمد على ذراع القوة إضافة إلى مقدار هذه القوة والذي يصطلح عليه بالعزم Le Moment ) . ) و الذي يعرّف بأنه مقياس لمقدرة القوة على إحداث الدوران والذي يمكن حسابه رياضيا من ضرب القوة في طول ذراعها.

Mf = F ×rn/°

العلاقة بين مقادير ذراع القوة في الحركات الدورانية 

إذا فرضنا أن لاعب الهوكي يحرك المضرب دورانياً لإزاحة مقدارها ( 140 درجة ) في زمن قدره ( 0,1 ث) فإن متوسط السرعة الزاوية في هذه الحالة يكون ( 1400 درجة / ثا ) أو ( 3.88 دورة / ثا) أو ( 24.43 زاوية نصف قطرية / ثا ) و السرعة في هذه الحالة تسمى بالسرعة المتوسطة , حيث أظهرت التحليلات التي استخدمت التحليل المرئي أن سرعة المضرب خلال لحظات الأداء المتناهية في الصغر متفاوتة

مثال: لاعب كرة قدم أثناء ضربه للكرة كانت السرعة الزاوية للرجل 60 درجة / ثانية احسب السرعة المحيطية لكل من مفصل الركبة ومفصل القدم علما أن البعد بين محور الدوران ( مفصل الورك ) ومفصل الركبة هو 40 سم والبعد بين محور الدوران والقدم هو 80 سم ؟

س م = س ز×نق

س م = 60x 40 = 2400 سم/ثا السرعة المحيطية للركبة

س م = 60x 80= 4800 سم/ثا السرعة المحيطية للقدم.

أحد أشكال الحركات الدورانية (رمي المطرقة)

التعجيل الزاوي

هو معدل التغير في السرعة الزاوية بالنسبة للزمن . فهو مقدار الفرق بين السرعتين الزاويتين مقسوما على الزمن ، ووحدة قياسه( درجة / ثا²).

التعجيل الزاوي = السرعة الزاوية النهائية – السرعة الزاوية الابتدائية / الزمن

ع ز = س 2 – س 1 / ن            وحدة قياسه درجة / ثا ²

مثال: إذا كانت السرعة الزاوية للاعب جمناستك أثناء حركة دورانه حول العقلة في نقطة أ تساوي 180 درجة / ثانية وفي نقطة ب 240 درجة / ثانية وكان هذا التغير في السرعة الزاوية قد حدث في فترة زمنية قدرها ( 0.2 ثا ) فما هو التعجيل الزاوي للاعب الجمناستك ؟

ع ز = س 2 – س 1 / ن

ع ز = 240- 180/ 0,2

ع ز = 300 درجة /ثا²

ملاحظات على الحركة الانتقالية الدورانية

يتحرك أي جسم (شيء) حركة مستقيمة أو منحنية عندما:

- يكون الجسم حر الحركة (قابل للحركة).

- تكون القوة المحدثة للحركة تمر بمركز ثقل الجسم المراد تحريكه.

- كلما كانت القوة المحدثة للحركة بعيدة عن مركز ثقل الجسم كلما تحولت الحركة إلى منحنية مستقيمة أو حركة دائرية.

- عندما تكون الحركة الممكنة الوحيدة باتجاه مستقيم بغض النظر عن نقطة تأثير القوة.

 مثال:

- الباب المنزلق الذي يتحرك فقط باتجاه مستقيم.

- الحركة حول المفاصل أحادية المحور.

- الجسم يتحرك بخط مستقيم عندما تؤثر عليه قوة خارجية سواء بالجذب أو السحب أو الدفع أو عندما ينزلق على سطح أملس مثل الجليد أو الثلج.

في كثير من الحركات فإن الأجسام تتحرك بشكل مستقيم بسبب وجود حركة دورا نية أو دائرية في أحد أجزاء الجسم. كحركات المشي، الجري، السباحة، ركوب الدراجات..... 

يتحرك الجسم أو تحدث له حركة دوران في الحالات التالية:

- إذا كان الجسم حر الحركة والقوة المحدثة للحركة تؤثر بعيدا عن مركز ثقل الجسم.

- كلما كانت القوة المحدثة للحركة تؤثر بعيدا عن مركز ثقل الجسم كلما كانت حركة الدوران أكبر وأسرع.

- إذا كان الجسم حر الحركة فقط بشكل دائري.

مثال:

-الفخذ )الساق( حول مفصل الحوض.

- حركة الذراع حول مفصل الكتف.

جسم الإنسان ككل (كوحدة واحدة) يخضع للحركة الدورانية تحت الظروف التالية:

- عندما يكون الجسم مستند على قاعدة ارتكاز ويتحرك حول مركز ثقل الجسم.

مثال: الغطس / الترامبولين بعض حركات الجمباز.

عندما يكون الجسم مستندا على قاعدة ارتكاز ويدور حول نقطة أو مركز الاستناد.

مثال:

- حركة الشقلبة الجاذبية Cart Wheel

- حركة الشقلبة الأمامية من وضع الاستناد على اليدين Hand Spring

- وتتحرك أجزاء الجسم أو تخضع لحركة دوران عندما تؤدي القوة المحدثة للحركة أن يدور هذا الجزء حول محور يمر عبر المفصل.

-الذراع تدور حول مفصل الكتف.

-الساق تدور حول مفصل الفخذ (الحوض).